Chemia

Dzień dobry!

Dziś wracamy do ICP i przygotowania próbek.

Jak wiecie z poprzednich wpisów, aby przeanalizować próbkę na ICP próbka musi być w formie ciekłej. Aby tego dokonać można roztworzyć próbkę w kwesie lub kwasach.

I teraz: jeżeli cała próbka się roztworzy - super! Wrzucamy na ICP i analizujemy.
Jeżeli natomiast zostanie nam osad lub roztwór jest mętny - gorzej. Mamy kilka opcji.
1) filtrujemy. I wtedy analizujemy pod kątem zawartości pierwiastków ROZPUSZCZALNYCH w wykorzystanym kwasie lub kwasach. Kwas/y wypłukują (ekstrahują) pierwiastki/związki z próbki i wtedy możemy je przeanalizować. Jak widać nie mamy wtedy CAŁKOWITEJ zawartości danego pierwiastka
2) używamy więcej kwasów lub mocniejszych kwasów. Możemy również spróbować roztwarzania w mikrofali. Są mikrofalówki labolatoryjne z odpowiednimi pojemnikami do roztwarzania próbek. Pojemniki są wyjątkowo wytrzymałe i pozwalają otrzymać wysoką temperaturę i ciśnienie wewnątrz co pomaga w roztwarzaniu. Możemy też skorzystać z mocniejszyck kwasów, ale to generuje dodatkowe problemy. Używając HF musimy wszystko przeprowadzać w plastikach (HF atakuje szkło), a ICP potrzebuje odpowiedniej lancy i komory. HF jest też niebezpieczny dla użytkownika (o tym napiszę kiedyś więcej). Niektóre laby korzystają z kwasu nadchlorowego (my też, ale to w jednym jedynym przypadku), ten kwas jest bardzo agresywny. W dygestoriach wymaga skrubera - czyli musi zostać przepuszczony przez wodę zanim opuści lab. Plus może wybuchnąć w kontakcie z materiałami organicznymi i niektórymi pierwiastkami :smiley:
3) możemy też zastosować fuzję z nadtlenkiem sodu. Wygląda to podobnie do fuzji z LiTET na potrzeby XRF, na koniec fuzji też otrzymujemy "monetkę". Różnica jest taka, że "monetkę" po fuzji z nadtlenkiem sodu rozpuszczamy łatwo w HCl - kwasie solnym. Spora część materiałów, która nie zareaguje z typowymi kwasami - HCl, HNO3 i HF (innych właściwie nie stosujemy w labie), po fuzji przechodzi do roztworu w 100%.

Fuzję z nadtlenkiem sodu przeprowadza się w cyrkonowych tyglach, jak na zdjęciach. Podczas fuzji próbka może przetopić się przez tygiel, jak na zdjęciach, gdy laborant popełni błąd. Błędem jest na przykład niezamieszanie w tyglu po wsypaniu próbki do nadtlenku sodu :grinning:

Na zdjęciu widzicie nowy cyrkonowy tygielek - ładny, srebrzysty i błyszczący, oraz używane a nawet zużyte. Każdy taki tygielek to kilka tysięcy złotych. Taniej niż platynowo- złote tygle do fuzji z LiTET na potrzeby XRF, ale nadal zniszczenie "boli".

Oczywiście po fuzji z nadtlenkiem sodu w próbce nie zmierzymy zawartości sodu ani cyrkonu. Tak jak na XRF nie zmierzymy zawartości litu czy boru. A przynajmniej wg. procedur z których korzystamy.
Sód i cyrkon mierzymy na XRF, a sód i bor na ICP.

Niektóre materiały nie nadają się do badania na ICP (mimo że teoretycy twierdzą inaczej), a inne z kolei nie nadają się na XRF (mimo że teoretycy twierdzą inaczej :D). To jednak jest już kwestia doświadczenia oraz używanych metod.

P.S. zaznaczam, że na potrzeby Hejto wiele kwestii upraszczam i skracam. Na korepetycjach wytłumaczę dokładniej 😉

#analitykachemika

Dzień dobry, dzisiaj porozmawiamy sobie o CRMach czyli Certified Reference Material. Czyli Certyfikowanych Materiałach Referencyjnych.

Okazją do tego jest fakt, że ostatnio przygotowywałem analizy na potrzeby dwóch nowych CRMów.

Zaczynając od początku. CRM jest to materiał o ściśle określonym składzie. Może to dotyczyć wszystkich pierwiastków zawartych w danym materiale, lub certyfikowany skład może dotyczyć tylko jednego pierwiastka.

CRMem może być każdy materiał. Jako CRMy występują stopy metali - w formie dysków, płytek lub wiórków. CRMem może być też zwykła (prawie ;)) gleba czy nawet odpady - np. żużle. Materiałami referencyjnymi są sedymenty z rzek kanadyjskich oraz żużle po produkcji stali w fabryce X.

Ale! Żeby materiał przeszedł certyfikację musi spełnić kilka wymagań. Najważniejsze dwa to: być jednolity w całej swojej objętości oraz nie ulegać separacji na frakcje z czasem (czyli skład musi być jednolity nie tylko tu i teraz, ale również za 5 lat). I musi przejść określoną obróbkę.

Po tym jak CRM zostanie przygotowany i podzielony do mniejszych pojemniczków jest wysyłany do kilkunastu- kilkudziesięciu labolatoriów na całym świecie. Każde labolatorium przeprowadza analizy materiału zgodnie ze swoimi procedurami i zgodnie zapytaniem biura/organizacji przygotowującej CRM - biuro/organizacja wysyła tabelkę co jest w zakresie jej zainteresowań i jakich wyników można się spodziewać.

Tutaj macie przykład takiego certyfikatu dołączonego do CRMu. https://webshop.bam.de/media/wysiwyg/Kategorien/Referenzmaterialien/Eisen_Stahl/Schlacken/Zertifikate/f802_1.pdf

Od góry macie informacje, kto przygotował materiał, co to za materiał. Potem tabelka z wynikami z różnych labów dla określonych pierwiastków (każdy lab dostarczył 4 wyniki). Potem dzieje się magia matematyczno-statystyczna i pojawiają się certyfikowane wartości razem z przedziałem ufności w kolejnej tabelce.

Poniżej macie jeszcze więcej info nt. materiału, listę labów biorących udział w certyfikacji oraz ostatnia tabela mówiąca nam z jakich metod korzystano do ustalenia wartości dla poszczególnych pierwiastków.

Ciekawostki:
- wyniki XRF są uznawany tylko dla metody stapiania z LiTET (lithium tetraborate). Metoda prasowania proszku jest wykluczona #pdk 😉
- dany materiał może mieć dodatkowe wymagania co do przygotowania przed użyciem dlatego trzeba sprawdzać certyfikaty. Na przykład sedymenty wymagają suszenia w 105 stC przed ważeniem i analizą. Z kolei CRMy oparte o MgO - tlenek magnezu, często trzeba wypalić (chyba tak się tlumaczy w tym wypadku - ignite) w temperaturze 925 stC (albo innej określonej na certyfikacie)
- tego typu badania laby wykonują bezpłatnie. Znalezienie się na certyfikacie świadczy o jakości badań labu i dodaje prestiżu. Plus dostaje się za darmo CRMy, które tanie nie są
- na zdjęciach macie przykład jaki postęp prezentuje nauka. Zdjęcie 1 to certyfikat sprzed około 40 lat, zdjęcie 2 to aktualny certyfikat. Abstrahując od tego, że nadal korzystamy z CRMa, który ma 40 lat i nadal działa świetnie to są dwie podstawowe różnice pomiędzy certyfikatami. Pierwsza: liczba cyfr znaczących. Dla starego CRMa 3 cyfry znaczące to wyjątek, dla nowego standardem są 4 cyfry znaczące. Druga kwestia to przedział ufności. Stary CRM nie ma takiego cuda, nowy ma. W nowym podane są również minimalne masy próbek dla poszczególnych pierwiastków, aby wynik był poprawny.

P.S. zaznaczam, że na potrzeby Hejto wiele kwestii upraszczam i skracam. Na korepetycjach wytłumaczę dokładniej 😉

#analitykachemika

Dzień dobry!

Dziś coś więcej o ICP OES - inductively coupled plasma optical emission spectroscopy.

Krótko: produkujemy plazmę o temperaturze około 10 000 K (10 273,15 st.C), wrzucamy tam rozpuszczoną próbkę a atomy zaczynają świecić w charakterystycznyn dla danego pierwiastka kolorze. Ten sam efekt możemy zobaczyć paląc różnego rodzaju materiały.

Długo: roztwarzamy próbkę tak, abyśmy mieli tylko ciecz. Ta ciecz (roztwór) jest następnie pompowany do nebulizatora (rozpylacza), gdzie przy pomocy gazu neutralnego (zazwyczaj argon) tworzy się mgiełka, która wpada do komory. Nad komorą znajduje się lanca nad czubkiem której tworzy się "płomień" plazmy stabilizowany polem magnetycznym wytwarzanym przez cewkę owijającą się dookoła.
Z komory natryskowej mgiełka jest zasysana do lancy i trafia w plazmę. Tam poszczególne atomy wchodzą w stan ekscytacji co powoduje ich świecenie w określonym kolorze - i faktycznie, patrząc na płomień widać zmiany jego koloru zależne od tego jaki roztwór puszczamy.
Oczywiście rejestracją długości emitowanych fal zajmuje się odpowiedni sprzęt optyczny, a nie robimy tego "na oko" 😉
I teraz - każdy pierwiastek ma określone długości fal, które emituje w tych warunkach. Zazwyczaj jest kilka różnych długości fal, które różnią się intensywnością oraz sąsiedztwem fal innych pierwiastków. Intensywność "świecenia" zależy również od stężenia - im wyższe stężenie tym mocniejszy "pik" we wszystkich długościach fal dla danego pierwiastka.

Przykład:
Interesuje nas glin. Spodziewamy się stężenia około 0,5%, więc raczej niska intensywność. Mamy do wyboru 167nm, 309nm oraz 394nm. 167nm i 309nm dają wysoką intensywność, 394nm niską intensywność (proporcjonalnie do stężenia), więc wydaje się, że 167nm albo 309nm to najlepszy wybór.
Wiemy jednak, że w próbce jest 90% żelaza - dużo i jedna z długości fal żelaza leży po sąsiedzku z 167nm glinu. Najprawdopodobniej więc pik żelaza zasłoni pik aluminium. Mamy też 309nm, ale tutaj z kolei po sąsiedzku leży linia sodu, a że przygotowujemy próbkę przez stapianie z nadtlenkiem sodu, więc i sodu w roztworze będzie aż nadto. I znów pik sodu zasłoni pik aluminium.
Zostaje nam linia 394nm, gdzie glin jako sąsiadów ma uran i tor. Nie powinno więc być żadnych interferencji 😉
Mamy teraz wybraną długość fali więc możemy zmierzyć pole powierzchni pod pikiem. Potem porównujemy pole powierzchni pod pikiem wytworzonym przez próbkę z polami powierzchni pod pikami ze standardów - w tym wypadku użyłbym 0%, 0,5% i 1% glinu w roztworze. Z odpowiednich proporcji wyliczamy stężenie glinu w próbce.

ICP było moją ulubioną techniką analityczną. Aż nie "wsiąkłem" w XRF :grinning:
Obie techniki zresztą świadczą o tym, że ludzka inwencja, zaradność i ciekawość świata nie ma granic. Nigdy nie przestanie mnie to zadziwiać. I cieszy mnie to :smiley:

P.S. zaznaczam, że na potrzeby Hejto wiele kwestii upraszczam i skracam. Na korepetycjach wytłumaczę dokładniej 😉

#analitykachemika

Na zdjęciu nebulizator z komorą (na dole) a w skrzynce zamknięta jest lanca z cewką.

Dzień dobry!

Analizy, które przeprowadzam to są przede wszystkim tzw. analizy pierwiastkowe. To znaczy, że badam zawartość poszczególnych pierwiastków bez wnikania w jakich związkach te pierwiastki występują.

Przykład:
Kiedy badam zawartość krzemu - Si, w próbce przy pomocy XRF, to nie wiem czy jest to tlenek - SiO2, czy węglik - SiC, czy może inny związek.

Dopiero używając różnych technik analitycznych dochodzę do tego, co tak właściwie jest w środku. O ile oczywiście klient jest tym zainteresowany. Bywa, że pytanie dotyczy całkowitej zawartości danego pierwiastka i to wystarcza.

Zajmuję się badaniem próbek nieorganicznych, a ewentualne wstawki organiczne analizujemy jedynie pod kątem poszczególnych pierwiastków - węgla, azotu, tlenu, wodoru.

Istnieją techniki analityczne, które badają próbki pod kątek konkretnych związków - przy czym są to związki organiczne. Różnego rodzaju chromatografie, spektroskopia masowa, NMR (nuclear magnetic resonance). Niestety ze szczegółowymi pytaniami o te techniki to nie do mnie :smiley:
Pracowałem na kilku jedynie okazjonalnie.

Chromatografie działają na zasadzie, że różne związki przechodzą przez określoną drogę w określonym czasie. Na przykład wiemy, że metanol przechodzi przez rurkę w czasie między 30 a 33 sekundy (tzw. pik).

Spektroskopia masowa działa w podobny sposób, czyli określona droga do przebycia w określonym czasie. Diabeł tkwi w tym, że w inny sposób związki są spowalniane podczas swojej wędrówki, aby je rozdzielić.

NMR to z kolei technika wykorzystująca fakt, że jądra pierwiastkowe drgają w określony sposób w określonym towarzystwie. Czyli jeżeli pracujemy na HNMR (wodorowy rezonans magnetyczny) to atomy (jądra) wodoru drgają inaczej kiedy są podłączone do węgla z 3 innymi wodorami, a inaczej gdy węgiel ma tylko 2 inne wodory. Czyli odróżnimy w ten sposób metan - CH4 od atomu węgla, który podłączony jest w dłuższy łancuch. Na przykład - CH3-CH3.

Swego czasu pracowałem też z FTIR - Fourier-transform infrared spectroscopy. Przy czym była to odmiana absorbcyjna.
Działa to na takiej zasadzie, że świecimy na próbkę światłem i mkerzymy ile z tego światła zostałozaabsorbowane. Potem nakładamy na to transformatę Fouriera (przekształcenie matematyczne) i otrzymujemy wykres z którego możeny odczytać co jest w środku.

To tak na szybko 😉
Dzisiaj bez obrazków, mam wolne :grinning:

P.S. zaznaczam, że na potrzeby Hejto wiele kwestii upraszczam i skracam. Na korepetycjach wytłumaczę dokładniej 😉

#analitykachemika

Dzień dobry!

Ostatnio pojawiło się zamówienie na obszerniejszy wpis na temat próbek, które pojawiają się w labie.

Krótko pisząc - są różne próbki :grinning:

Rozwijając wątek...

Po pierwsze jest podział próbek na wewnętrzne i zewnętrzne.

Wewnętrzne to jest to, co produkujemy lub zamawiamy z zewnątrz (sprawdzanie dostawców). To typowe badania QC (Quality Control, kontrola jakości), czyli wiemy czego się spodziewać i znamy specyfikację.
Są to głownie metale oraz ich stopy. Rzadziej tlenki.
Głownie: chrom, aluminium, tytan, żelazo, nikiel. Oraz ich stopy, między innymi z borem i/lub węglem - FeB, NiB, CrC, TiBAl.
Nasze próbki wskakują przede wszystkim na ICP OES. Żelazo-tytany idą na XRF. A większość sprawdzamy jeszcze pod kątem zawartości węgla, siarki, azotu i tlenu.

Z zewnątrz natomiast przychodzi wszystko :grinning:
Od czystych metali, przez ich stopy po tlenki i różne ich kombinacje.

Na przykład dzisiaj analizuję miedź z dodatkiem chromu. Oraz "szczyptą" niobu. O ile miedź z chromem jest stosunkowo prosta do roztworzenia, to już dodatek niobu powoduje problemy z przeprowadzeniem całej próbki do roztworu - na potrzeby ICP OES.
Oprócz tego mam próbkę tytanu z dodatkiem glinu i wanadu. Badanie ICP OES. Oraz sprawdzenie węgla, azotu, tlenu i wodoru. Ponieważ próbka jest w formie kawałka metalu to trzeba ją pociąć i nawiercić, żeby łatwiej ją analizować.

Dostajemy również próbki szkieł i włókien szklanych. Na przykład szkło borowe - a więc sprawdzamy na XRF typowe pierwiastki plus bor na ICP OES. Albo włókna z krzemionką i tlenkiem glinu - XRF.

Z regóły metale i próbki metaliczne idą na ICP OES, a tlenki na XRF. Choć mamy procedury na analizę metali na XRF oraz tlenków na ICP :smiley:

Z takich ciekawszych próbek to analizowałem raz próbki od ESA - European Space Agency. Na potrzeby różnych dziwnych próbek mamy różne dziwne CRM albo jak to mawiają Amerykanie - SRMy 😉
Jak na zdjęciu 1.

Ogólnie sporo dostajemy próbek opartych o tlenek glinu i krzemionkę - Al2O3 i SiO2. Większość próbek geologicznych to właśnie te dwa związki.

Ostatnio też dostaliśmy próbki ziemi/gleby z Afryki na potrzeby XRF i XRD. Tym jednak co było najciekawsze jest fakt, że na koniec należy spopielić wszystkie próbki oraz opakowania czy ręczniki papierowe, które miały kontakt z próbkami - biohazard

Z kolei na koniec jako ciekawostkę, rzućcie okiem na zdjęcie 2. Ta przesyłka przyszła do labu w lutym 2020 :]

#analitykachemika

Dzień dobry!

Dziś kontynuujemy analizę SiC - węglika krzemu.

Z wczoraj wiemy, że analiza XRF da nam sumaryczną ilość krzemu w próbce, ale bez rozróżnienia związku/formy w którym/której ten krzem wystepuje (Si, SiC, SiO2, itd.).

W SiC mamy dwa pierwiastki. Możemy więc przeanalizować też węgiel - C.
Do tego służy maszyna LECO CS :smiley:
(zdj. 1.)

Na niej to można zbadać poziom węgla. Wrzucamy więc próbkę i dostajemy wynik w %. Ale znowu - nie rozróżnia on formy węgla w jakiej występuje w próbce. Może to być węgiel z SiC, może być i wolny węgiel. W takim wypadku trzeba być sprytnym. Wrzucamy próbkę do pieca o określonej temperaturze na określony czas. W tym czasie wolny węgiel, ale i ten węglanowy, się wypali. I tak wypaloną próbkę znów wrzucamy na LECO i otrzymujemy wynik zawartości węgla związanego z krzemem. Z tego wyniku wyliczamy poziom SiC.

I teraz kilka kwestii.
Poziom % węgla za pierwszym razem nie może być niższy niż poziom % węgla po wypaleniu - logiczne chyba 😉
A do tego poziom % SiC wyliczony z węgla po wypaleniu nie może być wyższy niż poziom krzemu z XRF (po przeliczeniu % z Si na SiC). Wyniki więc się walidują nawzajem.

I teraz przechodzimy do XRD.
Z XRF wiemy jakich pierwiastków szukać: glin, krzem i żelazo (przykładowo). Wiemy też, że bedą w próbce: wodór, tlen i węgiel. Azot niekoniecznie, jego obecność potwierdza się inaczej i dopiero wtedy również uwzględnia.
I teraz szukamy pasujących związków. Po określeniu wszystkich pików puszczamy jeszcze kwantyfikację i otrzymujemy rezultat. Jeżeli pasuje on (mniej więcej) do wyników z innych analiz (poziom SiC, poziom sumaryczny Si, poziom Al jako Al2O3, itd.) to jesteśmy w domu. Można pisać raport końcowych.
Jeżeli wyniki się nie zgadzają to trzeba szukać dalej. Widocznie inny związek może pasować do "pika" który już określiliśmy i będzie też lepiej pasować, jeżeli chodzi o ujęcie ilościowe pierwiastków/tlenków.

I w sumie to tyle, jeżeli chodzi o węgliki krzemu. Jeszcze może z ciekawostek to nie wiedziałem, że występuje tyle typów krystalicznych Moissanitów, dopóki nie zacząłem robić XRD :grinning:

Pytanie: po kilku moich postach wiecie już, mniej więcej, czym się zajmuję, więc czy jest coś konkretnego, o czym chcecie poczytać?

P.S. zaznaczam, że na potrzeby Hejto wiele kwestii upraszczam i skracam. Na korepetycjach wytłumaczę dokładniej 😉

P.S.S. Wołam jeszcze @Wilhelm
może napisze co to jest na zdjęciu 2 😆

#analitykachemika

Dziś w menu węglik krzemu, jak na zdjęciu 1.
Klient chce XRF, XRD i zawartość węgliku krzemu w węgliku krzemu :grinning:

Węglik krzemu do analizy XRF metodą stapiania jest bardzo niewdzięczny. Agresywny wręcz! Jak w poprzednim wpisie widzieliście podziurawione tygielki to węglik krzemu - SiC też tak może. Podczas stapiania SiC rozpada się na krzem - Si oraz węgiel - C. I oba te pierwiastki mogą powodować degradację platyny.

Zaczynając jednak od początku. Dostałem kawałek kamienia, jak na zdjęciu 1. Trzeba go przygotować do analiz.
Najpierw młotkiem na mniejsze kawałki, potem te mniejsze kawałki to młynka i na proszek. A z proszkiem to już można zacząć kombinować.
Żeby zrobić sensowne XRD potrzebuję wynik XRF. Na XRF widzę jakich związków mogę się spodziewać, jest to badanie pokazujące prawdziwe (jak najbliższe rzeczywistości) poziomy interesujących mnie pierwiastków (lub ich tlenków).
Stapiam więc ostrożnie SiC i odlewam "monetkę". Taką jak na zdjęciu 2. Ponieważ SiC jest agresywne, nie stapiam pełnej wagi próbki, lecz jedynie ćwiarteczkę - 25%. Potem przeliczę wynik na 100% zakładanej próbki, co w praktyce oznacza, że pomnoże otrzymane liczby razy 4. Oczywiście zwiększa to błąd pomiaru czterokrotnie, jednak coś za coś.
Jak widzicie na zdjęciu "monetka" jest bardzo ciemna, trzeba dokładnie się przyjrzeć, czy wszystko stopiło się jak należy i nie ma grudek. W razie wątpliwości trzeba "monetkę" wrzucić do tygla, stopić, zamieszać i odlać raz jeszcze. Na szczęscie problemy z agresją SiC ma tylko przy pierwszym stapianiu, potem "łagodnieje" 😉

OK. Mamy wynik XRF, gdzie mamy podany wynik zawartości krzemu - Si, już po znormalizowaniu, czyli uwzględnieniu, że stapiałem tylko ćwiarteczkę.

Pytanie - czy to daje mi wynik zawartości SiC?

Oczywiście, że nie :grinning:

XRF pokazuje mi sumaryczną zawartość Si, bez rozróżnienia, czy jest to: krzem - Si, krzemionka - SiO2, węglik krzemu - SiC, czy może inny związek krzemu. Badanie dopiero się rozpoczyna :smiley:

CDN.

P.S. zaznaczam, że na potrzeby Hejto wiele kwestii upraszczam i skracam. Na korepetycjach wytłumaczę dokładniej 😉

P.S.S. Wołam jeszcze @Wilhelm
może wrzuci jakieś ładne zdjęcie naturalnego węgliku krzemu. Bo ten mój na zdjęciu 1 to sztuczny jest. Sama chemia, nie polecam. #mineraly

#analitykachemika

#heheszki #memy

Dziś odcinek specjalny!

To co widzicie na zdjęciach to tygielki po kontakcie z agresywną próbką. Ale od początku...

Na potrzeby XRF stapiamy próbki w tyglach: 95% platyna i 5% złoto. Każdy tygielek to ponad 10'000 złotych.

I teraz ktoś popełnia błąd i metaliczna próbka "przegryza się" przez metale szlachetne. Tego typu sytuacje się zdażają, jeżeli próbka zawiera pierwiastki w formie metalicznej, węgiel pierwiastkowy czy węglik krzemu (lista nie jest wyczerpująca).

Od jednego z kolegów słyszałem historię, że dawno temu stapiał próbkę. Zostawił ją w piecu, a kiedy wrócił nie znalazł tygla. Zdziwił się myśląc, że ktoś wyjął jego próbkę. Jednak po kilku rozmowach, kiedy okazało się, że nikt nie ruszał jego tygielka, wrócił do pieca i przyjrzał się uważnie. I faktycznie, znalazł platynowo-złotą obręcz.
Okazało się, że klient nie wspomniał, że w próbce znajduje się metaliczny fosfor, który (dosłownie) zjadł tygiel, poza samą jego górną krawędzią. Zostawiając ładną i bezużyteczną obrączkę :grinning:

#analitykachemika

Dzień dobry Hejto!

Dzisiaj w menu przygotowanie próbek.
Na zdjęciu widzicie młyn do mielenia. Jest to bardzo ważny element wyposażenia każdego labolatorium. Oczywiście można ucierać ręcznie w moździerzu, jednak łatwiej, szybciej i profesjonalniej jest mielić w odpowiednim urządzeniu 😉

Do labu przychodzą próbki w różnej formie. Od bardzo drobnych proszków (pyłów wręcz) po kawałki cementu czy skał. Mielimy próbki z dwóch podstawowych powodów:
1) zmieloną próbkę łatwiej badać. Łatwiej stopić czy roztworzyć proszek niż duże kawałki
2) mielenie jednocześnie miesza próbkę, czyli ujednolica ją. Co jest istotne, gdy chcemy otrzymać wynik reprezentacyjny dla całej otrzymanej próbki, a nie jedynie dla jej części.

Zaznaczam, że właściwe pobieranie próbek leży w gestii klienta. Natomiast już otrzymaną próbką opiekujemy się u siebie w najlepszy możliwy sposób.

Zresztą pobieranie próbek to osobny dział chemii analitycznej. Dla lubiących ciekawostki może kiedyś napiszę jak pobieraliśmy glebę z różnych punktów dużego polskiego miasta i co tam znaleźliśmy :smiley:

Wracając do próbek - wiemy, że należy próbkę zmielić, ale teraz pytanie "Jak?" się pojawia.

Są różne młynki. Można też mielić 5 sekund, można 5 minut.
Odpowiedź brzmi - to zależy :grinning:

Ogólne zasady są proste:
1) unikać zanieczyszczenia krzyżowego próbek - a więc mielić podobny typ próbek w jednym młynku. Na potrzeby naszego labu mamy kilkanaście różnych młynków.
2) na podstawie tego, co szukamy w próbce wybieramy typ młynka. Jeżeli więc szukamy żelaza w próbce to zamiast salowego młynka wybierzemy młynek WC (Tungsten Carbide, węglik wolframu). I odwrotnie
3) mielimy jak najkrócej się da. Nie wrzucamy więc dużo próbki, a na pewno nie całą. Zawsze zostawiamy coś "as received", czyli "tak jak przyszło" - w razie problemów zawsze można wrócić do oryginalnej próbki
4) mielimy suche próbki. Nie do konca oczywiste, ale mokre próbki bardzo lepią się do młynka i nie mielą się i nie mieszają tak dobrze. Ważne, aby potem zaznaczyć, że analizę przeprowadzono na próbce wysuszonej!

To tak w skrócie 😉

P.S. zaznaczam, że na potrzeby Hejto wiele kwestii upraszczam i skracam. Na korepetycjach wytłumaczę dokładniej 😉

#analitykachemika

Wołam też @bojowonastawionaowca gdyby znów tag nie dzialał :smiley:

Dzisiaj będzie więcej o XRF. A na zdjeciu jest tzw bead albo tzw penny, czyli stopiona i odlana próbka. Gotowa na analizę XRF.

Od początku - XRF to X-ray fluorescence, czyli fluorescencja roentgenowska (BTW na polskiej wiki nie ma nawet stuba, nie mówiąc już o artykule. Nie wiedziałem, że to taka nisza :D).

W każdym razie bombardujemy próbkę promieniowaniem co dostarcza energię atomom w próbce. Co sprawia, że atomy się "ekscytują". Aby się "uspokoić" muszą wyemitować tę nadmiarową energię w postaci promieniowania.

Mamy więc promieniowanie, które wydostaje się z próbki (i jest ono inne od tego, którego użyliśmy wcześniej, więc da się je rozróżnić). Wiemy, że różne pierwiastki wypromieniowują fale o różnej długości. Mierząc długości wypromieniowanych fal wiemy jakie pierwiastki są w próbce. A mierząc intensywność tych fal możemy się dowiedzieć ile danego pierwiastka jest - oczywiście po kalibracji.

OK, a teraz praktyka.
Wiemy/podejrzewamy, że w próbce jest 10 procent krzemu. Kalibrujemy więc używając standardów 3%, 7% i 15% (inne wartości też będą dobre o ile będzie to w przedziale 0%-20%, chcemy mieć prostą).
Analizujemy próbkę i mamy wynik - 12%.
Teraz, wiedząc mniej więcej co jest w próbce (powiedzmy):
~50% glinu (Al)
~20% magnezu (Mg)
Oraz 12% krzemu (Si) z wcześniejszej analizy, szykujemy kolejny standard (standard X) w którym są powyższe pierwiastki i też go analizujemy. I teraz na podstawie standardu X dokonujemy korekcji wyniku analizy próbki.
Jeżeli więc standard X pokazuje 13% Si a wiemy, że jest tam 12% Si to wynik próbki również obniżamy o 1%.

Różnica może wynikać z różnych kwestii - na przykład interferencji z innymi pierwiastkami. Standardy kalibracyjne zazwyczaj są "czyste" tzn zawierają jeden pierwiastek, natomiast próbki to mieszaniny. Dlatego trzeba uwzględnić również ten efekt.

*zaznaczam, że wiele kwestii upraszczam w swoich wpisach ponieważ jest to pop-science a nie wykłady akademickie :smiley:

W razie pytań - piszcie.

#analitykachemika

Dzisiaj case study próbki, którą badałem ostatnio.

Otrzymaliśmy próbkę "calcinated zirconate", a więc najpewniej zawierającą w większości tlenek cyrkonu.

W przypadku, gdy dostajemy do badania rudy zawierające tlenek cyrkonu pierwsze co robimy to przykładamy licznik Geigera :smiley:

Rudy cyrkonu "lubią" występować z pierwiastkami promieniotwórczymi. Zresztą klient życzy sobie sprawdzenie zawartości uranu i toru w próbce. I dopóki licznik nie "trzeszczy" za bardzo to nie ma problemu, ważne by próbki nie wdychać ani nie zjadać 😉

Zresztą mamy na sobie cały czas dozymetry, jako że XRF i XRD polega na "bombardowaniu" próbek promieniowaniem roentgenowskim, więc potencjalnie jesteśmy wystawieni na promieniowanie (gdyby osłony zawiodły).

W każdym razie po sprawdzeniu radioaktywności trzeba próbkę przygotować do testów - zmielić. Po pierwsze drobny pył łatwiej się stapia, po drugie - podczas mielenia następuje również ujednolicenie próbki. Z drugiej strony nie można mielić za długo, bo zanieczyszcza się próbkę materiałem, z którego zrobiony jest młyn. Ogólnie przygotowanie próbek do badań to temat na 100 godzin wykładowo-seminaryjnych.

Po mieleniu topimy próbkę. W jednym z poprzednich wpisów wrzuciłem zdjęcie pieca 1270 stC. Topimy i mieszamy. Mieszamy i mieszamy (mieszanie jest bardzo ważne), a potem odlewamy "guzik" - krążek o średnicy około 3 cm. Ten guzik trafia na maszynę XRF, gdzie sprawdzamy co jest w środku. Razem z próbką wrzuciłem też do mierzenia 4 standardy, które przygotowałem na potrzeby jednej z poprzednich próbek. O standardach też już pisałem :smiley:

W międzyczasie przygotowałem kolejny odlew próbki, przygotowany w inny sposób - na potrzeby zbadania pod kątem uranu i toru. Też na XRF, i też próbka stopiona, jednak trochę w inny sposób.
Przygotowałem też 3 nowe standardy z uranem i torem. I jeden "blank".
Wyszło, że w próbce jest około 60% ZrO2 (tlenek cyrkonu) i około 30% SiO2 (tlenek krzemu), tak też zrobiłem "blank" - 60/30 i nic więcej. Do zrobienia 2 standardów użyłem CRM (Certyfikowanego Materiału Referencyjnego) a 1 standard zrobiłem korzystając z czystych (jakość analityczna) materiałów: tlenek cyrkonu i tlenku krzemu, które zakropiłem roztworami mianowanymi - które możecie obejrzeć na zdjęciu.
Uran w płynie! Po dodaniu do perfum będziecie wręcz promienieć 😉

Wszystko wrzuciłem na XRF i po uzyskaniu wyników mogłem wyliczyć zawartość poszczególnych składników w próbce.

Spoiler: sumaryczna zawartość uranu i toru była na poziomie kilkuset ppm.
Dla porównania 1% = 10'000 ppm
500 ppmów to 0,05%

#analitykachemika